在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室研究員于貴課題組在石墨烯二維材料的制備策略、性能及其應(yīng)用方面開展了系列研究。前期工作中，科研人員對(duì)具有扭轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯的制備策略及其獨(dú)特性能進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié) (Adv. Mater. 2021, 33, 2004974.);進(jìn)一步綜述了扭角多層石墨烯及其異質(zhì)結(jié)的制備方法，并回顧了多種類型的異質(zhì)結(jié)自上而下的制備策略(Adv. Sci. 2021, DOI:10.1002/advs.202103170. ACS Nano 2021, 15, 11040.);此外，科研人員總結(jié)了不同類型的襯底用以制備高質(zhì)量石墨烯及其在電子學(xué)方面的應(yīng)用(Chem. Mater. 2021, 33, 8960.)。由于本征石墨烯的零帶隙限制了其在光電器件中的應(yīng)用，因此科研人員分析總結(jié)了石墨烯納米帶自下而上的生長(zhǎng)策略，通過調(diào)控石墨烯納米帶的寬度、邊緣結(jié)構(gòu)等可以實(shí)現(xiàn)帶隙調(diào)節(jié)(Adv. Mater. 2020, 32, 1905957.)。

快速、大面積、低成本制備高質(zhì)量石墨烯納米帶的方法仍有待發(fā)展。最近，課題組和清華大學(xué)教授徐志平團(tuán)隊(duì)合作通過調(diào)控化學(xué)氣相沉積過程中的生長(zhǎng)參數(shù)，直接在液態(tài)金屬表面原位生長(zhǎng)出大面積、高質(zhì)量的石墨烯納米帶陣列(如圖)。研究表明，將氫氣的流速控制在相對(duì)微量的狀態(tài)，同時(shí)以液態(tài)金屬作為催化基底，可以引入一種新型的梳狀刻蝕行為，從而調(diào)控石墨烯的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用梳狀刻蝕控制石墨烯的生長(zhǎng)可以將傳統(tǒng)的薄膜生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)一維的線性生長(zhǎng)，從而直接制備高質(zhì)量、大面積的石墨烯納米帶陣列。通過優(yōu)化生長(zhǎng)條件，可以將石墨烯納米帶的寬度縮小至8納米，并且長(zhǎng)度大于3微米。該工作為大面積、快速制備石墨烯納米帶的研究奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在National Science Review上。

CVD方法原位生長(zhǎng)的的石墨烯納米帶